圖解馬達一本通：輕鬆掌握電機核心的馬達原理與構造

二十一世紀的馬達

人類文明的發達，來自於能源利用技術的進步，例如：生火以使用熱能、發明車輪搬運重物等。到了近代，人們還發明蒸汽機，利用蒸汽的力量，引發工業革命。後來，更發明發電機，讓各種自然能源（石油、煤、水力等）轉換成電能。現今，我們的生活處處依靠電能，而且有一半以上的電能（電力）都用於驅動馬達。

1960 年代，日本有三種家電被稱為「家庭神器」。這三個神器分別是各個家庭都非常想要的洗衣機、電冰箱以及黑白電視機，其中兩個神器需要使用馬達。亦即，家裡有兩台馬達，即能擁有便利的生活。後來，電風扇、磁帶錄音機的出現，使家中的馬達數量逐漸增加。今日，家中的馬達已經多到難以掌握，人們處處依靠馬達，卻不曉得馬達到底位在哪些機器中。明明家裡、公司與街上到處都是馬達，我們卻不曉得，為什麼呢？因為多數的馬達都安裝在機器內部。某些家電產品可由外觀看出馬達的存在，例如電風扇、洗衣機。但手機的震動裝置內部也有直徑約2mm的超小型馬達，可擺盪擺鎚使手機震動。也就是說，現代人隨身攜帶著馬達。交通工具已逐步由引擎驅動的時代，邁入馬達驅動的時代。別說是電車、電動車，最近連船也換成馬達驅動。而引擎汽車的內部，使用了超過一百台的馬達，街上也有很多東西都使用馬達驅動，例如電扶梯、電梯等。

供給大樓住戶自來水的幫浦也使用馬達，停電時，大樓沒辦法供給自來水，是因為馬達沒辦法運轉。

馬達充滿我們的生活，其實是最近的事。邁入二十一世紀前，馬達出現了巨大的變化：高性能釹磁鐵的發明、電腦的進步、控制電流半導體（IGBT）的發明。釹磁鐵是由釹、鐵、硼（Nd-Fe-B）做成的磁鐵，磁力比以前的主流「鐵氧體磁鐵」強十倍。由於釹磁鐵，馬達越做越小，更易於組裝到機器內部。大家應該都曉得，個人電腦（PC）的出現帶動了電腦界的快速發展，同時也帶動馬達控制技術的進步。IGBT 1和電腦的結合，促成電子電力學的技術進步，讓我們能夠自由控制馬達的旋轉。

旋轉馬達需要電流。發明馬達的十八世紀，電源只有來自電池的直流電，因此當時所有的馬達都是直流馬達。後來，交流發電機問世，逐漸出現交流馬達，因此馬達可依電源，分成直流馬達和交流馬達。

馬達的分類

本書介紹的馬達有四種：直流馬達、無刷馬達、同步馬達、感應馬達。有一類直流馬達用線圈（Coil）代替磁鐵，將線圈當作電磁鐵。同步馬達也有不使用磁鐵的線圈式同步馬達，此外，還有轉子不含磁鐵與線圈的同步磁阻馬達（Synchronous Reluctance Motor）。某些感應馬達也有線圈式轉子。另外，還有旋轉原理和構造皆不同的步進馬達（Stepper Motor）、線性馬達等。馬達的種類真的非常多。常見的馬達分類方式可依電源的種類區分，但是，最近許多馬達不直接接電源，而是和驅動迴路共用，而且越來越多馬達沒有驅動迴路就沒辦法旋轉。不論電源是直流電還是交流電，驅動迴路都能轉換成馬達所需的電源，此處以電車為例，來說明驅動迴路的功能吧，請看圖1.1。電車由上方的架空電線供給直流電，其中一條電源線接在鐵軌上。直流電經由集電弓流入電車，有些電車不轉換而直接使用，但最近許多電車會利用驅動迴路，將直流電轉換成交流電，以交流馬達驅動的電車現已越來越多。依電源分類的方式，不是根據流入電源來分類，而是根據驅動馬達的電源。本書將介紹我們身邊輸出功率較小，用途廣泛的馬達，並簡要介紹馬達的原理與構造。